浅析我公司闭式冷却水系统改造

霍宇龙

摘 要：我公司1、2号机组选用的闭式冷却水换热器是由烟台荏原空调设备有限公司制造的CXW-U型密闭式冷却塔单元，自08年投运以来，逐渐出现塔体内部构件及冷却铜管表层的严重腐蚀现象，为保证机组安全运行，在经过多次咨询生产厂家及走访同类设备使用单位后，对冷却塔的喷淋系统进行了优化改造，投运效果良好。

关键词：PH值；节约；改造

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.19.028

1 塔体部件严重腐蚀的原因

1.1 概述

阳泉市南煤龙川发电公司选用的闭式冷却水换热器是由烟台荏原空调设备有限公司制造的CXW-U型密闭式冷却塔单元，应用于辅机闭式循环冷却水系统。

使用环境：

自然地面标高 650.00m

多年月平均大气压： 931.4hPa

多年极端最高气温： 41.7℃

多年极端最低气温： -17.6℃

多年平均气温： 10.8℃

多年平均相对湿度： 55%

湿球温度（计算采用）： 27℃

设计技术参数

（1）冷却介质参数：

介质 ： 除盐水；总水量：3400 m3/h；

进冷却塔水温 ：39 ℃ 出冷却塔水温：33 ℃

（2）闭式冷却塔由28个单元（每个单元含1台风机组及1台喷淋水泵）组成，每台机组由14个单元组成两组。每个单元冷却水量不小于121 m3/h。

（3）喷淋冷却、补水水质：除盐水

用氨调节PH：8.5～9.0

補水温度≤30℃

每个单元喷淋水量不小于86.4 m3/h。

（4）工作压力：0.35 MPa。

自08年投运以来，塔体内部各部件逐渐出现腐蚀现象。2010年7月份补水管道及浮球阀组件腐烂（材质：镀锌钢管），我公司全部更换为不锈钢件。11年4月份喷淋泵出入口管道（材质：镀锌钢管）及喷淋泵壳体（材质：铸铁）、换热管排支架（材质：碳钢）、百叶窗支架（材质：碳钢）腐蚀严重，逐步对喷淋泵出入口管道及百叶窗支架进行了改造并更换为不锈钢组件后仍存在喷淋泵泵体腐蚀、换热器铜管（材质：磷脱氧紫铜）及换热管排支架、循环水管道腐蚀严重的问题。09年至11年度闭式冷却塔维护消耗统计：

2009年发生缺陷155条，占全年缺陷比例19.5%，消耗费用27297元。

2010年发生缺陷300条，占全年缺陷比例25.2%，消耗费用129348元。

2011年发生缺陷180条，占全年缺陷比例26.8%，消耗费用169858元。

从以上数据可以看出，闭冷塔的运行缺陷呈逐年上升的趋势，维护费用呈逐年递增之势。目前喷淋泵壳体、管排支架、循环水管道已严重腐蚀，5组换热器铜管因泄漏原因已彻底退出运行，其他换热器铜管均存在电腐蚀严重的情况，现阶段只能依靠打卡子的方法来处理漏点以维持运行。

1.2 原因分析

针对我公司闭式冷却塔的腐蚀问题，于2011年12月22日在山西电力设计院召集项目总设、水工专工、化学专工进行了方案讨论。下午又与太原钢铁集团的化学专工等专业人员就同类问题进行了沟通咨询，分析原因总结如下：

（1）我们所能了解到的设备，在现有运行方式下基本都存在着不同程度的腐蚀，但以我公司最为严重。腐蚀的主要原因是水质PH值指标控制不力所致。除盐水本身PH偏低，大致在6.5左右，循环浓缩后在北方地区由于尘土偏碱性和二氧化碳融入相抵消也应该在7以上，但是由于冷却塔与渣仓和灰库的距离较，多年的污染致使冷却塔周围的土壤及空气呈酸性（PH值为4-5）系统长期处于弱酸性环境中。即使通过化学加药（氢氧化钠）的方式进行处理但因塔体自身水槽蓄水量小，加入的药剂几乎没有缓释综合的时间，根本无法有效提高水质的PH值到正常范围是造成闭冷塔各部件腐蚀严重的根本原因。

（2）喷淋水为开式循环，不断吸附空气中杂质，水中颗粒度含量较高。换热器管排支架被腐蚀后，造成换热器铜管下沉、变形，同时外部冲刷造成铜管壁厚减薄。原设计铜管单排重量为17.46kg，现实际重量为10kg左右。铜管所处环境造成电腐蚀加剧，现有超出30%的铜管均存在电腐蚀泄漏情况，只能采用打卡子临时处理，维持运行。

（3）闭冷塔管道大部分材质为镀锌钢管，在表层镀锌脱落后更易加速腐蚀。

（4）水质恶化造成喷淋泵泵壳、叶轮等部件腐蚀，机封更换频率增加，同时因泵体泄漏后造成的电机进水损坏数量剧增。

（5）喷淋水因蒸发而浓缩，浓缩的喷淋水能使循环水的配管和接触喷淋水的金属部分被腐蚀，成为产生水藻和污垢的原因，为了防止发生此类问题，需要排放掉已经浓缩的喷淋水的一部分，但实际运行中排放量及时间无法科学把握。

2 改造方案

鉴于上述原因，讨论制定了以下方案：

（1）取消现有喷淋塔的喷淋水泵；

（2）每台机组增设1个100m3的喷淋水池；

（3）每台机组配套3台自吸式水泵（2台变频1台工频，2用1备）代替原有系统的28台喷淋水泵；

（4）完善相应热工、电气的控制和自动保护逻辑；

（5）将供回水管线改为母管制，铺设供回水母管及至各个单元塔的支管；

（6）完善加药系统；

（7）厂方配套的喷淋水泵总流量为1210m3/h，考虑其所选水量偏大，经计算后降低至860 m3/h。

在方案的设计中还需考虑以下因素：

（1）冷却塔的蒸发量。

（2）飘水量（C）：从量上讲是极少的，本体构造会产生一点影响，通常是喷淋水量的0.05%以下。endprint

（3）排放量（B）：由于喷淋水的一部分定期或者连续更换，运行中一直将放水口开放少许，一般需为0.4%。

（4）补充水量（M）：可用M=E+C+B的关系式计算：蒸发量（E）=0.83% 飘水量（C）=0.05% 排放量（B）=0.4% 则补充水量（M）=0.83+0.05+0.40=1.28%，所以，最好将补充水量预计在循环水量的1.5%左右。

（5）浓缩倍数（N）与补充水量（M）的关系。

3 改造后投运的实际效果及经济指标对比

3.1 安全可靠运行方面

（1）改造之后的喷淋水质经加氢氧化钠调节之后的PH值可维持在7.5～8.5之间，基本消除喷淋系统的酸腐蚀，延长了设备的使用寿命。

（2）之前因为腐蚀的原因，使闭冷水铜管管壁日趋变薄，曾数次出现破裂，致使大量外泄、系统压力急剧降低，多次危急到主、辅机系统的安全运行。现腐蚀已消除，降低了此安全隐患的危险系数，下一步准备将对现有的管排统一更换为材质为316L的管排，进一步彻底消除此隐患。

3.2 节能降耗方面

（1）因为喷淋水量的降低，系统飘水量也进一步降低，由之前的0.61 m3/h降低至0.43 m3/h，单台机组按平均运行小时数5200h计算，可节约除盐水936 m3。

（2）由于增加了喷淋水池，可以在投运前一次性对喷淋水进行加药处理且充分混合，喷淋水池的储量较大，可满足浓缩后的回水进入水箱后得到缓冲，加药量和水质较好控制，可不必对系统水进行浓缩排放。经计算，若浓缩倍数为定值3时，未改造之前的濃缩排放量为12.38 m3/h，单台机组按平均运行小时数5200h计算，可节约除盐水64376 m3。

我公司除盐水经测算后成本约为15元/吨，仅以上两项，单台机组运行每年可为公司节约979680元，双机运行可节约1959360元。

3.3 维护成本支出方面

仅2010～2011年因腐蚀发生泵体泄漏造成的电机进水损坏就达13台次，单台采购价为7500元；由于水质颗粒物超标，喷淋泵机械密封的使用周期大大缩短，约为30天，甚至达不到30天，单套采购价为222元（因更换频繁，此详细数量未做统计）；28台水泵叶轮也因腐蚀原因已全部重新更换，单个采购价为3334元。

本次改造，停运并取消了原先共计28台喷淋水泵，使用立式无密封自吸泵替代，此类型水泵基本属于免维护设备，无机械密封，叶轮选用316不锈钢材质后，大大降低了维护成本的支出，在维护人力方面的投入也大大减少。

4 结论

改造后，系统的设备缺陷几乎为零，降低了维护人员的劳动强度；除盐水用量大幅降低，减轻了化学制水系统的运行负荷；单台机组运行每年为公司节约979680元，双机运行可节约1959360元，取得了显著的经济效益和环保效益。endprint